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1、大型低扬程排灌泵站大型低扬程排灌泵站选型选型研究研究 日立泵制造(无锡)有限公司 2009年6月5日 1 第一部分：排灌泵站选型研究 第二部分：国内大型泵站情况 第三部分：大型泵设计及制造 2 排灌泵站排灌泵站选型选型研究研究 立式全调节导叶式混流泵 立式全调节轴流泵 潜水泵及斜式轴流泵 3 排灌泵站排灌泵站选型选型研究研究 立式全调节混流泵 导叶式混流泵由于其具有较宽的高效区，效率高，良好的汽蚀性能 以及无明显的不稳定区，已在7.0m以上扬程工况的用户中广泛采用。国 内先进的混流泵模型的效率一般比轴流泵模型效率高约23%，通常轴 流泵效率对扬程的变化比较敏感，扬程变化0.5m,效率就要下降1
2、.52% ，而混流泵只有0.5%左右。轴流泵的不稳定区（驼峰区）相当明显，通 常超过设计扬程1.5m时就开始出现，严重时影响机组的稳定运行。轴流 泵有两种汽蚀情况：一是叶片的汽蚀，发生在叶片的背面；一种是间隙 汽蚀，发生在叶轮外缘。混流泵叶片约有1/4起诱导轮作用，同时叶片 轴线与主轴线呈55夹角，因此，由于以上两种原因改善了混流泵的汽 蚀性能。 4 排灌泵站排灌泵站选型选型研究研究 立式全调节轴流泵 立式全调节轴流泵在模型研究上比较完善，比转速从5001600，基 本上每提高50，就可选择不同的模型，由于传统运用较多，结构上已相 当完善，体现有比较高的可靠性。因此，不同扬程工况的用户，尤其是
3、 排涝泵站，扬程低，流量大，适合采用轴流泵，20世纪后期国内建设的 大型泵站，扬程从110m，立式轴流泵占90%以上，结构简单、运行可靠 、模型研究完善是轴流泵的典型特征，但由于其效率偏低，装置效率一 般超不过70%，变工况运行（扬程变化）适应性差，过度过程不稳定制约 了轴流泵应用领域。 5 排灌泵站选型研究排灌泵站选型研究 潜水泵泵及斜式轴流泵 大型潜水泵泵国内运用不是很多，从技术上来讲，国内潜水泵已日趋完善，但 由于受维修因素影响，大型潜水泵的运用大大滞后其他泵型的发展。 本公司与合肥电机厂在2003年联合开发了1.8m潜水泵已成功运用,采用的是齿 轮箱传动方式,功率500kw,与传统意义
4、上的潜水泵有较大的区别,1000kw功率的潜水 泵目前国内运用不多. 6 斜式泵目前国内运用比较多，结构型式有15、30、45，传动 方式有直接传动，齿轮箱减速传动；调节方式有全调节和半调节；水导 轴承有非金属水润滑轴承，油（油脂、稀油）润滑金属轴承，叶轮直径 从1.64.1m,设计制造、加工工艺、安装运行已日趋完善。大型斜式轴 流泵由于其良好的水力性能、较小的开挖深度、厂房高度低、机组受力 均匀等优点，越来越受到不同用户的高度关注，尤其是低扬程（3m） ，大流量工况下，在传统立式、卧式机组不适应使用，贯流机组又不十 分完善的情况下，斜式机组是一种比较好的选择。目前国内最大的斜式 机组叶轮直径
5、4.1m斜15安装，水泵设计扬程1.8m,单泵流量50m3/s， 安装在苏州太浦河,已投入商业运行。 7 国内大型泵站情况国内大型泵站情况 20世纪90年代开始，国内大型泵的结构形式有了较快的发展，尤其 是低扬程泵，据不完全统计，上世纪90年代以后国内新建的叶轮直径 2.5m以上的大型泵站有18座，其中立式轴流泵七座，占38.8%；斜式泵 六座，占33.3% ，其中15斜式轴流泵齿轮箱间接传动四座，斜30、 斜45轴流泵直接传动各一座；灯泡直接传动贯流泵一座，各占5.5%； 立式开敞式轴流泵四座，占25%，基本都是低扬程 泵站（扬程5m） 。 在机组叶片的调节方式上基本都采用机械调节系统 ，到
6、90年代末期 ，机械调节系统已比较完善，已用到2200kw。 在泵组的材料选择以及工艺制造上，与传统比较也有了很大突破， 主要体现：叶片选用抗汽蚀性能好的不锈钢材料；叶轮外壳内衬不锈钢 ；主轴轴颈堆焊硬质合金；轴衬选用船用尾轴轴承；流道采用流体数值 计算；叶片采用五轴联动加工等，这些技术的采用，大大提高了我国大 型泵的制造水平，为南水北调东线工程机组的选型提供了良好的经验。 8 大型泵设计及制造大型泵设计及制造 通常单机流量大于10m3/s，或叶轮直径超过1.6m的泵称为大型泵。我国的大型 泵技术起步上世纪60年代，发展于90年代，到本世纪初已初步形成立、卧、斜三大 系列，叶轮直径有1.6m、
7、1.8m、2.0m、2.5m、2.8m、3.0m、3.1m、3.2m、3.8m、 4.0m、4.1m、4.5m等，以满足不同用户的需求。就大型泵的品种规格而言，无疑本 公司是走在国际前列，品种多,规格齐.但其综合制造技术水平与国际先进水平比较 还有一段距离。这是由于长期以来大型泵服务的主要对象是水利系统，用途一般以 排涝为主，投资主体是国家，产生的效益是间接效益、社会效益，加上客观上年运 行时间较短，甚至几年用一、两次，因而人们通常注重的是泵站的投资规模，在市 场经济不很规范的招投标中，价格起着重要作用，很少注重泵的制造技术提高，由 于大型泵向电厂、市政、船厂等领域的拓展，泵的制造技术随着不同
8、用户、不同时 期要求逐步提高，但提高的幅度是有限的，与国际先进制造技术相比还存在相当大 的差距。 9 大型泵设计及制造大型泵设计及制造 一、设计技术差距 泵的设计技术有两部分：一是水力元件设计，二是结构设计。泵的水力元件设计 我国在20世纪80年代有一套完整的产、学、研体系，大型泵的水力元件研究以及应 用能得到及时有效保证。市场经济以来，这套体系逐步瓦解，到现在已不复存在， 造成水力元件产、学、研的严重脱钩。这是由于（1）水力元件研究的前期投入比较 大，而产生的经济效益不显著，或者没有效益，导致企业基本不再从事水力元件的 研究。（2）科研院校研究的水力元件由于缺少与市场沟通，与企业的产权转换又
9、缺 乏协调，研究与开发是两个完全不同的部门。（3）我国的市场机制不允许有充足的 时间来进行前期研究，项目立项、审批周期长，还要招投标，确定中标后给企业的 制造周期往往是很短的，这些都严重制约了水力元件的研究和运用。（4）科研院校 研究的模型单纯追求效率，且缺少公正的评定机构对效率进行评定，对结构与强度 的研究较少，造成实际运用的困难。因此，目前我们水力元件的水平除高比转速模 型外充其量只能是国际中等水平。 10 大型泵设计及制造 国外泵制造企业通常有自己完整的研发机构，项目的研究有较强的针对性， 也就是说项目从立项开始就确定了项目的实施企业。因此，国外泵制造企业的研 发机构是相当庞大的，其水力
10、研究如流体数值计算、流场分析、三维动态演示、 模型制作与测试技术等技术是相当高的。目前，这些技术在我国只有在科研院校 里有，而且是起步阶段，泵制造企业内这些技术还很不完善。这是水力元件研究 上的差距。 结构设计的差距就更大。大型泵的结构设计国外是很重视的，这是因为好的 结构设计在保证泵可靠运用条件下，可以大大降低原材料成本。我国的大型泵结 构设计运用经验设计比较多，运用理论设计比较少，而国外的设计方法通常运用 的是有限元设计法，把泵体分成若干个小单元，进行分析设计，同时在计算机上 可以进行演示，模拟出泵运行中各部件的受力情况、应力分布、振动频率等。这 些技术在我国大型泵制造业还是空白或尚在起步
11、阶段。设计技术的差距造成设计 成本的差距，国外公司通常都要考虑设计费用，这一费用通常要占到总标的20% 25%，国内的业主方是不考虑，因而通常是没有这一项费用的。 11 大型泵设计及制造 二、工艺制造差距 制造工艺取决于工艺手段和工艺设备。我国大型泵的制造工艺手段还是比 较落后的，大型铸件除树脂沙造型比较先进外，一般没有大型铸件的热处理和 喷沙等后处理设备，而且为了降低成本，一般大型铸件仍为传统的粘土砂工艺 。为提高大型件内、外表面的粗糙度，国外的表面涂层工艺运用已相当普及， 包括叶片都可以采用表面涂层。我国的其他制造业中也开始采用该种工艺。另 外国内的模具通常采用的是木模，而提高铸件表面质量
12、的最好方法是塑料模或 金属模，但塑料模或金属模铸件制造周期长，制造成本高，影响泵组的交货期 和价格。 工艺设备上，国外大型泵零部件的加工大多采用数控加工或专机加工，不 论批量的大小，为提高大型泵的制造质量，专用工装、工夹使用较多，而国内 由于受到泵制造价格因素影响，专用工装、工夹在泵制造成本中一般不予考虑 ，因此很少使用，专机就更少。如叶片的表面数控加工，20世纪最好的办法是 仿型铣，本世纪初才开始采用外协三坐标联动加工，目前已提高为五坐标联动 加工，这将使泵的内在质量有着质的提高。因此，国内外大型泵制造差距主要 还是制造设备上的差距，众所周知大型设备的投入会造成制造成本的大幅提高 ，就拿国内
13、泵行业与水轮机行业比较，差距也是相当大的，这也是为什么水轮 机比泵价格高的原因所在。以吨位价来分析：水轮机约3.5 16万元/吨，而泵 为1.52.5万元/吨，有时甚至不足1.5万元/吨. 12 大型泵设计及制造 三、其他方面的差距 外国公司到国内来的售后服务通常是有偿服务，而且费用比较高。这部分的费用主要有 三块：一是派驻工程师来监造、安装指导；二是设计联络、试验验收、出厂验收等；三是人 身意外保险以及所提供产品设备的意外保险等。一般在泵价格中有体现，占总标的约30%， 以宝应站为例，上述费用占国外制造部分的31.4%。而国内这部分的费用通常是不予考虑或 象征性地收取少量费用。 外国公司在市
14、场经济条件下能生存发展几十年甚至上百年，诚信是很可贵的一部分。国 内的市场经济很不规范，招投标恶意竞争，用户所提要求百分之百满足，这也是应标的必要 条件，真正能否满足最终是没有职能部门去考证和追究的，即使不能满足又能如何。外国公 司不是这样的，对业主方所提要求能满足的就承诺，承诺了就一定要兑现，不能满足的与客 户解释清楚，若客户坚持要达到要求，就会放弃这一合同。国内公司通常承诺是一回事,能 否达到又是一回事。 正是有这些差距的存在,为缩短与国际大型泵设计制造的差距,原锡泵制造有限公司与日 立公司合资组建了日立泵制造(无锡)有限公司,吸收国外先进的设计与制造技术,采用国外先 进的质量管理体现,为我国的大型泵制造技术的提高作出积极的努力. 13 大型泵设计及制造 14 大型泵设计及制造 15 大型泵设计及制造 16 大型泵设计及制造 17 大型泵设计及制造 18 大型泵设计及制造 19 大型泵设计及制造 20 大型泵设计及制造 21 大型泵设计及制造 22 大型泵设计及制造 23 大型泵设计及制造 24 大型泵设计及制造 25 大型泵设计及制造 26 大型泵设计及制造 27